《关于现场中不同线制变送器接线方式的探讨》论文转载

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所属分类:电气控制

0 引言

热工仪表普遍需要测量的非电物理量有温度、压力、流量、纯度等,一般这些信号都要转换为标准的4-20mA直流电信号才能传输到百米之外的电子室。采用电流信号是因为不容易受干扰,导线电阻串联在回路中不影响精度。

既然将物理量转换为4-20mA电流输出,必然要有电源为其供电,回路也就分为供电回路及信号回路。两线制、三线制、四线制仪表除了接线数量不同,主要区别就在于供电回路与信号回路。

1 各类线制仪表介绍

(1)四线制仪表

两根电源线供给仪表电源,两根信号线传输4-20mA信号,共四根线,称之为四线制变送器。接线原理见图1。

 

关于现场中不同线制变送器接线方式的探讨

图1 四线制变送器接线原理图

四线制变送器供电大多为220V.AC,也有少部分供电为24V.DC的,这类表计在现场中使用较少,主要用于功耗比较大的仪表,如电磁流量计、气体纯度仪等,大部分输出信号为4-20mA。由于电源为220V.AC,检修时需断电操作。

由于4-20mA模拟量信号易受电磁干扰,热工规程要求电源线与信号线需分开敷设,且电源、信号的接线箱不为同一个。若必须放置在一起,要求桥架中两种电缆用金属片隔开,信号线需采用屏蔽电缆线,否则易产生信号干扰。

(2)三线制仪表

若电源线与信号线共用一根线(一般公用负端),可节省一根线,称之为三线制变送器。接线原理见图2。

关于现场中不同线制变送器接线方式的探讨

图2 三线制变送器接线原理图

仪表厂为了减小变送器的体积和重量,并提高抗干扰性能,简化接线,将变送器的供电由220V.AC改为低压24V.DC供电。这一改变为电源与信号共用负端创造了条件,于是产生了三线制变送器。这类变送器在现场中应用较少,公司主要有氨气泄漏仪、氢气纯度仪、部分接近开关等。

(3)两线制仪表

采用4-20mA电流为变送器供电,变送器在电路中相当于一个特殊的负载,只需串在电路中即可,这就称之为两线制变送器。接线图如图3。

关于现场中不同线制变送器接线方式的探讨

图3 两线制变送器接线图

两线制即电源、负载串联在一起,而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线,这两根线既是电源线又是信号线,变送器的耗电电流在4-20mA之间根据传感器输出而变化。

由于信号起点电流为4mA,为变送器提供了静态工作电流,同时变送器零点为4mA,不与机械零点重合,这样有利于识别断电和断线等故障。两线制还便于使用安全栅,利于安全防爆。这类仪表普遍应用在公司现场,如压力变送器、差压变送器等。

2 现场应用及互用

实际生产应用中,测量点一般在现场,而显示设备或控制设备一般都在控制室,两者之间的距离可能数十米,甚至上千米。按100m计算,节约2根信号传输导线意味着成本降低近百元。另外由于三线制、四线制变送器由于与电源线一同放置或导线内电流不对称,对电缆的抗干扰性能要求比较高,因此在实际应用中两线制变送器必然是首选。

但是由于实际需求,现场中仍有部分三线制、四线制表计在使用,在后期的改造、更换为两线制变送器时,难免会面临不同线制变送器接线方式的改变问题,这一部分将探讨如何进行这样的改造。

表1 变送器接线情况表

线制

DCSPLC
二线制①接和利时AI卡件的供24V通道A、B;④PLC通道均不可供电,与独立24V电源串入回路测量;
三线制②需接独立24V电源,将AI卡件的不供电通道C、D的负端与24V电源负端并接;⑤一般变送器三个端子为24V+、I+、COM,其中24V电源+端接24V+,PLC通道+端接I+,-端均接COM;
四线制③提供独立电源,信号线接AI卡件的不供电通道C、D。⑥提供独立电源,信号线接AI卡件通道。

表2 改造情况表

序号改造情况改造方案
1①→②、③1、需使用备用电缆或重新敷设电缆,并寻找合适的电源供电;

2、将AI卡件通道从供电的A、B更换为不供电的C、D。

2②→①将AI卡件通道从不供电的C、D更换为供电的A、B。
3②→③1、寻找合适的电源供电,并根据电源位置决定是否敷设电缆;

2、若仍使用原电缆,需确认电缆电压等级是否满足要求。

4③→①断开电源线,将AI卡件通道从C、D更换为A、B。
5③→②断开原电源线,接至24V电源。
6④→⑤、⑥1、使用备用电缆或重新敷设电缆;

2、根据第一部分介绍的接线原理图更改接线。

7⑤→④根据第一部分介绍的接线原理图更改接线即可。
8⑤→⑥1、使用备用电缆或重新敷设电缆;

2、根据第一部分介绍的接线原理图更改接线。

9⑥→④、⑥根据第一部分介绍的接线原理图更改接线。

3 应用实例

现场使用的氨检漏仪主要有两种型号,分别是河南汉威BS03II型、梅思安Ultima-XE氨气检露仪,这两个型号的检漏仪分别是两线制、三线制。由于安全和定期校验的要求,氨检漏仪需要定期更换,在更换仪表时就会面临接线方式的改变。根据以上的变送器接线原理,具体操作步骤如下(主要针对PLC系统)。

(1)两线制→三线制

①原变送器I+接线,改接24V+;

②原变送器I-接线,改接I+;

③PLC机柜侧,将备用电缆接I-,该接线另一侧接变送器的COM。

(2)三线制→两线制

①原变送器I+接线,改接I-;

②原变送器24V+接线,改接I+;

③原变送器的COM端断开,PLC机柜侧I-引出线断开。

接线方式改变示意图如图4:

关于现场中不同线制变送器接线方式的探讨

图4 两线制与三线制变送器接线方式更换示意图

注:就地表计一般为四芯线,就地更换不同类型表计时,无需再放置电缆。

热工不同表计的工作原理都千差万别,甚至测量同一物理量(如液位、流量等)的表计测量原理都不尽相同。但是不管是什么表计,其接线方式基本跳出以上所谈论的这些圈子,所以无论是日后的安装、改造、检修工作中,只要能了解变送器的接线方式,相信一定能事半功倍。

备注:由于接近开关、温度元件等仪表的输出方式与变送器不同,在本文暂不作讨论。

参考文献:

1、《热工测量及仪表(第2版)》潘汪杰、文群英编

2、《热工控制仪表》杨庆柏著

转自微信:热工微课

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